1. 单片机spi驱动SD卡
SD卡在现在的日常日子与作业中运用十分广泛，时下已经成为最为通用的数据存储卡。在比如MP3、数码相机等设备上也都选用SD卡作为其存储设备。SD卡之所以得到如此广泛的运用，是我们它价格低廉、存储容量大、运用便利、通用性与安全性强等长处。已然它有着这么多长处，那么假如将它加入到单片机运用开发体系中来，将使体系变得愈加超卓。这就要求对SD卡的硬件与读写时序进行研讨。关于SD卡的硬件结构，在官方的文档上有很详细的介绍，如SD卡内的存储器结构、存储单元安排办法等内容。要完成对它的读写，最中心的是它的时序，笔者在经过了实践的测验后，运用51单片机成功完成了对SD卡的扇区读写，并对其读写速度进行了评价。下面先来解说SD卡的读写时序。
（1）SD卡的引脚界说：
SD卡引脚功用胪陈：
|
引脚 编号 |
SD形式 |
SPI形式 |
||||
|
称号 |
类型 |
描绘 |
称号 |
类型 |
描绘 |
|
|
1 |
CD/DAT3 |
IO或PP |
卡检测／ 数据线3 |
#CS |
I |
片选 |
|
2 |
CMD |
PP |
指令／ 回应 |
DI |
I |
数据输入 |
|
3 |
VSS1 |
S |
电源地 |
VSS |
S |
电源地 |
|
4 |
VDD |
S |
电源 |
VDD |
S |
电源 |
|
5 |
CLK |
I |
时钟 |
SCLK |
I |
时钟 |
|
6 |
VSS2 |
S |
电源地 |
VSS2 |
S |
电源地 |
|
7 |
DAT0 |
IO或PP |
数据线0 |
DO |
O或PP |
数据输出 |
|
8 |
DAT1 |
IO或PP |
数据线1 |
RSV |
||
|
9 |
DAT2 |
IO或PP |
数据线2 |
RSV |
||
注：S：电源供应I：输入O：选用推拉驱动的输出 PP：选用推拉驱动的输入输出
SD卡支撑两种总线办法：SD办法与SPI办法。其间SD办法选用6线制，运用CLK、CMD、DAT0~DAT3进行数据通讯。而SPI办法选用4线制，运用CS、CLK、DataIn、DataOut进行数据通讯。SD办法时的数据传输速度与SPI办法要快，选用单片机对SD卡进行读写时一般都选用SPI形式。选用不同的初始化办法能够使SD卡作业于SD办法或SPI办法。这儿只对其SPI办法进行介绍。
（2）SPI办法驱动SD卡的办法
SD卡的SPI通讯接口使其能够经过SPI通道进行数据读写。从运用的视点来看，选用SPI接口的优点在于，许多单片机内部自带SPI控制器，不但给开发上带来便利，一起也见降低了开发本钱。但是，它也有欠好的当地，如失去了SD卡的功能优势，要处理这一问题，就要用SD办法，我们它供给更大的总线数据带宽。SPI接口的选用是在上电初始时向其写入第一个指令时进行的。以下介绍SD卡的驱动办法，只完成简略的扇区读写。
1）指令与数据传输
1.指令传输
SD卡本身有齐备的指令体系，以完成各项操作。指令格局如下：
指令的传输进程选用发送应对机制，进程如下：
每一个指令都有自己指令应对格局。在SPI形式中界说了三种应对格局，如下表所示：
|
字节 |
位 |
意义 |
|
1 |
7 |
开端位，一直为0 |
|
6 |
参数过错 |
|
|
5 |
地址过错 |
|
|
4 |
擦除序列过错 |
|
|
3 |
CRC过错 |
|
|
2 |
不合法指令 |
|
|
1 |
擦除复位 |
|
|
0 |
搁置状况 |
|
字节 |
位 |
意义 |
|
1 |
7 |
开端位，一直为0 |
|
6 |
参数过错 |
|
|
5 |
地址过错 |
|
|
4 |
擦除序列过错 |
|
|
3 |
CRC过错 |
|
|
2 |
不合法指令 |
|
|
1 |
擦除复位 |
|
|
0 |
搁置状况 |
|
|
2 |
7 |
溢出，CSD掩盖 |
|
6 |
擦除参数 |
|
|
5 |
写保护不合法 |
|
|
4 |
卡ECC失利 |
|
|
3 |
卡控制器过错 |
|
|
2 |
不知道过错 |
|
|
1 |
写保护擦除越过，锁／解锁失利 |
|
|
0 |
锁卡 |
|
字节 |
位 |
意义 |
|
1 |
7 |
开端位，一直为0 |
|
6 |
参数过错 |
|
|
5 |
地址过错 |
|
|
4 |
擦除序列过错 |
|
|
3 |
CRC过错 |
|
|
2 |
不合法指令 |
|
|
1 |
擦除复位 |
|
|
0 |
搁置状况 |
|
|
2～5 |
悉数 |
操作条件寄存器，高位在前 |
写指令的例程：
//———————————————————————————————–
向SD卡中写入指令，并回来回应的第二个字节
//———————————————————————————————–
unsignedcharWrite_Command_SD(unsignedchar*CMD)
{
unsignedchartmp;
unsignedcharretry=0;
unsignedchari;
//制止SD卡片选
SPI_CS=1;
//发送8个时钟信号
Write_Byte_SD(0xFF);
//使能SD卡片选
SPI_CS=0;
//向SD卡发送6字节指令
for(i=0;i<0x06;i++)
{
Write_Byte_SD(*CMD++);
}
//取得16位的回应
Read_Byte_SD();//readthefirstbyte,ignoreit.
do
{//读取后8位
tmp=Read_Byte_SD();
retry++;
}
while((tmp==0xff)&&(retry<100));
return(tmp);
}
2）初始化
SD卡的初始化是十分重要的，只要进行了正确的初始化，才干进行后边的各项操作。在初始化进程中，SPI的时钟不能太快，否则会造初始化失利。在初始化成功后，应尽量进步SPI的速率。在刚开端要先发送至少74个时钟信号，这是有必要的。在许多读者的试验中，许多是我们忽略了这一点，而使初始化不成功。随后便是写入两个指令CMD0与CMD1，使SD卡进入SPI形式
初始化时序图：
初始化例程：
//————————————————————————–
初始化SD卡到SPI形式
//————————————————————————–
unsignedcharSD_Init()
{
unsignedcharretry,temp;
unsignedchari;
unsignedcharCMD[]={0x40,0x00,0x00,0x00,0x00,0x95};
SD_Port_Init();//初始化驱动端口
Init_Flag=1;//将初始化标志置1
for(i=0;i<0x0f;i++)
{
Write_Byte_SD(0xff);//发送至少74个时钟信号
}
//向SD卡发送CMD0
retry=0;
do
{//为了能够成功写入CMD0,在这儿写200次
temp=Write_Command_SD(CMD);
retry++;
if(retry==200)
{//超越200次
return(INIT_CMD0_ERROR);//CMD0Error!
}
}
while(temp!=1);//回应01h，中止写入
//发送CMD1到SD卡
CMD[0]=0x41;//CMD1
CMD[5]=0xFF;
retry=0;
do
{//为了能成功写入CMD1,写100次
temp=Write_Command_SD(CMD);
retry++;
if(retry==100)
{//超越100次
return(INIT_CMD1_ERROR);//CMD1Error!
}
}
while(temp!=0);//回应00h中止写入
Init_Flag=0;//初始化结束，初始化标志清零
SPI_CS=1;//片选无效
return(0);//初始化成功
}
3）读取CID
CID寄存器存储了SD卡的标识码。每一个卡都有仅有的标识码。
CID寄存器长度为128位。它的寄存器结构如下：
|
称号 |
域 |
数据宽度 |
CID区分 |
|
出产标识号 |
MID |
8 |
[127:120] |
|
OEM/运用标识 |
OID |
16 |
[119:104] |
|
产品称号 |
PNM |
40 |
[103:64] |
|
产品版别 |
PRV |
8 |
[63:56] |
|
产品序列号 |
PSN |
32 |
[55:24] |
|
保存 |
－ |
4 |
[23:20] |
|
出产日期 |
MDT |
12 |
[19:8] |
|
CRC7校验合 |
CRC |
7 |
[7:1] |
|
未运用，一直为1 |
－ |
1 |
[0:0] |
它的读取时序如下：
与此时序相对应的程序如下：
//————————————————————————————
读取SD卡的CID寄存器16字节成功回来0
//————————————————————————————-
unsignedcharRead_CID_SD(unsignedchar*Buffer)
{
//读取CID寄存器的指令
unsignedcharCMD[]={0x4A,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF};
unsignedchartemp;
temp=SD_Read_Block(CMD,Buffer,16);//read16bytes
return(temp);
}
4）读取CSD
CSD（Card-SpecificData）寄存器供给了读写SD卡的一些信息。其间的一些单元能够由用户从头编程。详细的CSD结构如下：
|
称号 |
域 |
数据宽度 |
单元类型 |
CSD区分 |
|
CSD结构 |
CSD_STRUCTURE |
2 |
R |
[127:126] |
|
保存 |
– |
6 |
R |
[125:120] |
|
数据读取时刻1 |
TAAC |
8 |
R |
[119:112] |
|
数据在CLK周期内读取时刻2（NSAC*100） |
NSAC |
8 |
R |
[111:104] |
|
最大数据传输率 |
TRAN_SPEED |
8 |
R |
[103:96] |
|
卡指令调集 |
CCC |
12 |
R |
[95:84] |
|
最大读取数据块长 |
READ_BL_LEN |
4 |
R |
[83:80] |
|
答应读的部分块 |
READ_BL_PARTIAL |
1 |
R |
[79:79] |
|
非线写块 |
WRITE_BLK_MISALIGN |
1 |
R |
[78:78] |
|
非线读块 |
READ_BLK_MISALIGN |
1 |
R |
[77:77] |
|
DSR条件 |
DSR_IMP |
1 |
R |
[76:76] |
|
保存 |
– |
2 |
R |
[75:74] |
|
设备容量 |
C_SIZE |
12 |
R |
[73:62] |
|
最大读取电流@VDDmin |
VDD_R_CURR_MIN |
3 |
R |
[61:59] |
|
最大读取电流@VDDmax |
VDD_R_CURR_MAX |
3 |
R |
[58:56] |
|
最大写电流@VDDmin |
VDD_W_CURR_MIN |
3 |
R |
[55:53] |
|
最大写电流@VDDmax |
VDD_W_CURR_MAX |
3 |
R |
[52:50] |
|
设备容量乘子 |
C_SIZE_MULT |
3 |
R |
[49:47] |
|
擦除单块使能 |
ERASE_BLK_EN |
1 |
R |
[46:46] |
|
擦除扇区巨细 |
SECTOR_SIZE |
7 |
R |
[45:39] |
|
写保护群巨细 |
WP_GRP_SIZE |
7 |
R |
[38:32] |
|
写保护群使能 |
WP_GRP_ENABLE |
1 |
R |
[31:31] |
|
保存 |
– |
2 |
R |
[30:29] |
|
写速度因子 |
R2W_FACTOR |
3 |
R |
[28:26] |
|
最大写数据块长度 |
WRITE_BL_LEN |
4 |
R |
[25:22] |
|
答应写的部分部 |
WRITE_BL_PARTIAL |
1 |
R |
[21:21] |
|
保存 |
– |
5 |
R |
[20:16] |
|
文件体系群 |
FILE_OFRMAT_GRP |
1 |
R/W |
[15:15] |
|
劳动标志 |
COPY |
1 |
R/W |
[14:14] |
|
永久写保护 |
PERM_WRITE_PROTECT |
1 |
R/W |
[13:13] |
|
暂时写保护 |
TMP_WRITE_PROTECT |
1 |
R/W |
[12:12] |
|
文件体系 |
FIL_FORMAT |
2 |
R/W |
[11:10] |
|
保存 |
– |
2 |
R/W |
[9:8] |
|
CRC |
CRC |
7 |
R/W |
[7:1] |
|
未用，一直为1 |
– |
1 |
[0:0] |
读取CSD的时序：
相应的程序例程如下：
//—————————————————————————————–
读SD卡的CSD寄存器共16字节回来0阐明读取成功
//—————————————————————————————–
unsignedcharRead_CSD_SD(unsignedchar*Buffer)
{
//读取CSD寄存器的指令
unsignedcharCMD[]={0x49,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF};
unsignedchartemp;
temp=SD_Read_Block(CMD,Buffer,16);//read16bytes
return(temp);
}
4）读取SD卡信息
归纳上面临CID与CSD寄存器的读取，能够知道许多关于SD卡的信息，以下程序能够获取这些信息。如下：
//———————————————————————————————–
//回来
//SD卡的容量，单位为M
//sectorcountandmultiplierMBarein
u08==C_SIZE/(2^(9-C_SIZE_MULT))
//SD卡的称号
//———————————————————————————————–
voidSD_get_volume_info()
{
unsignedchari;
unsignedcharc_temp[5];
VOLUME_INFO_TYPESD_volume_Info,*vinf;
vinf=&SD_volume_Info;//Initthepointoer;
/读取CSD寄存器
Read_CSD_SD(sectorBuffer.dat);
//获取总扇区数
vinf->sector_count=sectorBuffer.dat[6]&0x03;
vinf->sector_count<<=8;
vinf->sector_count+=sectorBuffer.dat[7];
vinf->sector_count<<=2;
vinf->sector_count+=(sectorBuffer.dat[8]&0xc0)>>6;
//获取multiplier
vinf->sector_multiply=sectorBuffer.dat[9]&0x03;
vinf->sector_multiply<<=1;
vinf->sector_multiply+=(sectorBuffer.dat[10]&0x80)>>7;
//获取SD卡的容量
vinf->size_MB=vinf->sector_count>>(9-vinf->sector_multiply);
//getthenameofthecard
Read_CID_SD(sectorBuffer.dat);
vinf->name[0]=sectorBuffer.dat[3];
vinf->name[1]=sectorBuffer.dat[4];
vinf->name[2]=sectorBuffer.dat[5];
vinf->name[3]=sectorBuffer.dat[6];
vinf->name[4]=sectorBuffer.dat[7];
vinf->name[5]=0x00;//endflag
}
以上程序将信息装载到一个结构体中，这个结构体的界说如下：
typedefstructSD_VOLUME_INFO
{//SD/SDCardinfo
unsignedintsize_MB;
unsignedcharsector_multiply;
unsignedintsector_count;
unsignedcharname[6];
}VOLUME_INFO_TYPE;
5）扇区读
扇区读是对SD卡驱动的意图之一。SD卡的每一个扇区中有512个字节，一次扇区读操作将把某一个扇区内的512个字节悉数读出。进程很简略，先写入指令，在得到相应的回应后，开端数据读取。
扇区读的时序：
扇区读的程序例程：
unsignedcharSD_Read_Sector(unsignedlongsector,unsignedchar*buffer)
{
unsignedcharretry;
//指令16
unsignedcharCMD[]={0x51,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF};
unsignedchartemp;
//地址改换由逻辑块地址转为字节地址
sector=sector<<9;//sector=sector*512
CMD[1]=((sector&0xFF000000)>>24);
CMD[2]=((sector&0x00FF0000)>>16);
CMD[3]=((sector&0x0000FF00)>>8);
//将指令16写入SD卡
retry=0;
do
{//为了确保写入指令总共写100次
temp=Write_Command_MMC(CMD);
retry++;
if(retry==100)
{
return(READ_BLOCK_ERROR);//blockwriteError!
}
}
while(temp!=0);
//ReadStartByteformMMC/SD-Card(FEh/StartByte)
//Nowdataisready,youcanreaditout.
while(Read_Byte_MMC()!=0xfe);
readPos=0;
SD_get_data(512,buffer);//512字节被读出到buffer中
return0;
}
其间SD_get_data函数如下：
//—————————————————————————-
获取数据到buffer中
//—————————————————————————-
voidSD_get_data(unsignedintBytes,unsignedchar*buffer)
{
unsignedintj;
for(j=0;j *buffer++=Read_Byte_SD(); } 6）扇区写 扇区写是SD卡驱动的另一意图。每次扇区写操作将向SD卡的某个扇区中写入512个字节。进程与扇区读类似，仅仅数据的方向相反与写入指令不同罢了。 扇区写的时序：
扇区写的程序例程：
//——————————————————————————————–
写512个字节到SD卡的某一个扇区中去回来0阐明写入成功
//——————————————————————————————–
unsignedcharSD_write_sector(unsignedlongaddr,unsignedchar*Buffer)
{
unsignedchartmp,retry;
unsignedinti;
//,指令24
unsignedcharCMD[]={0x58,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF};
addr=addr<<9;//addr=addr*512
CMD[1]=((addr&0xFF000000)>>24);
CMD[2]=((addr&0x00FF0000)>>16);
CMD[3]=((addr&0x0000FF00)>>8);
//写指令24到SD卡中去
retry=0;
do
{//为了牢靠写入，写100次
tmp=Write_Command_SD(CMD);
retry++;
if(retry==100)
{
return(tmp);//sendcommamdError!
}
}
while(tmp!=0);
//在写之前先发生100个时钟信号
for(i=0;i<100;i++)
{
Read_Byte_SD();
}
//写入开端字节
Write_Byte_MMC(0xFE);
//现在能够写入512个字节
for(i=0;i<512;i++)
{
Write_Byte_MMC(*Buffer++);
}
//CRC-Byte
Write_Byte_MMC(0xFF);//DummyCRC
Write_Byte_MMC(0xFF);//CRCCode
tmp=Read_Byte_MMC();//readresponse
if((tmp&0x1F)!=0x05)//写入的512个字节是未被承受
{
SPI_CS=1;
return(WRITE_BLOCK_ERROR);//Error!
}
//比及SD卡不忙学校
//我们数据被承受后，SD卡在向贮存阵列中编程数据
while(Read_Byte_MMC()!=0xff){};
//制止SD卡
SPI_CS=1;
return(0);//写入成功
}
此上内容在笔者的试验中都已调试经过。单片机选用STC89LE单片机（SD卡的初始化电压为2.0V~3.6V，操作电压为3.1V~3.5V，因而不能用5V单片机，或进行分压处理），作业于22.1184M的时钟下，我们所选用的单片机中没硬件SPI，选用软件模仿SPI，因而读写速率都较慢。假如要半SD卡运用于音频、视频等要求高速场合，则需求选用有硬件SPI的控制器，或运用SD形式，当然这就需求各位读者对SD形式加以研讨，有了SPI形式的根底，SD形式应该不是什么难事。
